Фред Адамс - Пять возрастов Вселенной

По мере того как в ходе распада протонов белый карлик продолжает терять массу, его строение претерпевает заметные изменения. Из-за алогичной природы вырожденного вещества радиальный размер белого карлика увеличивается по мере уменьшения его массы. Когда звезда расширяется, ее плотность уменьшается, и вещество, в конечном итоге, перестает быть вырожденным. Этот переход происходит, когда масса звезды уменьшается до массы Юпитера — приблизительно в тысячу раз меньше массы Солнца. На этом этапе эволюции звезда имеет плотность воды и радиус в десять раз меньший, чем у Солнца. Звезда состоит из застывшей массы атомов водорода: этакий огромный шар из ледяного водорода.

После исчезновения вырожденного состояния кристаллический белый карлик продолжает уменьшаться до тех пор, пока не станет настолько маленьким, что более уже не сможет выполнять функции звезды. Этот финальный переход становится концом звездной эволюции. По-настоящему звезда умирает тогда, когда становится прозрачной, когда излучение, распространяющееся внутри звезды может свободно, без рассеивания отрываться от нее. В этот поворотный момент масса звезды составляет всего 10 24граммов — примерно в шесть тысяч раз меньше массы Земли.

Таким образом, большинству звезд на предпоследнем этапе эволюции суждено превратиться в водородную глыбу, размер которой примерно в семьдесят раз меньше Луны. По мере того как процесс распада протона подходит к завершению, эта глыба продолжает испаряться. Таким образом, становится понятна окончательная судьба белых карликов: от них не остается ничего. Вся энергия звезды, в конечном итоге, излучается в межзвездное пространство. И вновь термодинамика, в конечном итоге, побеждает гравитацию.

Нейтронные звезды, эти редкие и плотные родичи белых карликов, испаряются аналогичным образом. Распад протона обеспечивает нейтронные звезды примерно такой же полной светимостью: около четырехсот ватт. Нейтронные звезды при этом намного меньше белых карликов. Поэтому чтобы иметь такую же мощность излучения, поверхность этих звезд должна быть горячее: около трех градусов Кельвина в случае типичной нейтронной звезды. Примерно такую температуру имеет современное реликтовое излучение, определяющее минимальную температуру, имеющуюся во Вселенной в наши дни. В период же с тридцать седьмой по тридцать девятую космологические декады нейтронные звезды, испускающие слабый свет при температуре в три градуса Кельвина, будут одними из самых горячих объектов во Вселенной.

Однако в заключительные фазы своей жизни нейтронные звезды несколько отличаются от белых карликов. По мере того как в процессе протонного распада нейтронная звезда теряет свою массу, она становится менее плотной и, в конечном итоге, вырождение нейтронов исчезает. Как только нейтроны перестают быть вырожденными, они преобразуются в протоны, электроны и антинейтрино. Этот переход происходит, когда масса звезды падает ниже одной десятой массы Солнца, а ее радиус равен примерно ста шестидесяти четырем километрам. На этом этапе плотность все еще достаточно велика для того, чтобы электроны оставались вырожденными, и звезда весьма напоминает белый карлик. Оставшийся звездный объект, подобный белому карлику, продолжает терять массу по мере того, как распадается все большее число протонов, до тех пор пока не исчезнет вырожденность электронов. Вот тогда наш объект превращается в ледяную водородную глыбу, масса которой не превышает одной тысячной массы Солнца. Затем распадаются протоны в кристаллической решетке, что, в конце концов, приводит к полному испарению звезды и превращению ее в излучение и мелкие частицы. В конечном итоге от нейтронных звезд не остается ничего.

Долгосрочная судьба планет имеет аналогичную историю. Планеты тоже состоят, главным образом, из протонов, которые распадаются, в результате чего планета испаряется, превращаясь в излучение. К тому времени, когда оставшиеся планеты начнут разрушаться в процессе распада протонов, они уже давно будут оторваны от родительских звезд и будут блуждать в полном одиночестве по необъятным просторам космоса. По мере медленного разрушения планеты вырабатывают довольно скромную мощность: всего один милливатт в случае планеты типа Земли. И хотя изначально планеты содержат больше тяжелых элементов, чем звезды, в свое время они тоже превратятся в застывший водород. Даже планета, состоящая из чистого железа, разрушится к тридцать восьмой космологической декаде — примерно через шесть периодов полураспада протона. В течение тридцать девятой космологической декады планета эволюционирует из маленького комка водородных кристаллов в полностью разрушенное состояние.

К сороковой космологической декаде почти все протоны во Вселенной распадутся, а вырожденные звездные остатки исчезнут. На смену этим, на первый взгляд, твердым и неразрушимым звездным остаткам придет рассеянное море излучения, состоящего, главным образом, из протонов и нейтрино с небольшой примесью позитронов и электронов. Вселенная приобретет новый характер. Изредка на этой гигантской арене поразительного запустения встречаются уединенные области крайне искривленного пространства-времени, так называемые черные дыры. По завершении эпохи распада черные дыры, содержащие от одной до нескольких миллиардов солнечных масс, упорно стремятся попасть в следующую эпоху.

Черные дыры наследуют Вселенную, деформируют пространство-время, испаряют свою массу-энергию и погибают во взрыве.

Девяностая космологическая декада, на краю скопления черных дыр:

Боб был в замешательстве. Его расплывчатое тело, содержащее более миллиона солнечных масс, захлестнул пугающий калейдоскоп ощущений. Несмотря на свои почти 10 79лет, он никогда не испытывал ничего, что хотя бы отдаленно напоминало эту внутреннюю бурю. Деформирующая волна достигла почти невыносимого максимума, а потом внезапно спала, оставив после себя ощущение тошноты — чувство, которое можно было бы описать как морскую болезнь, если бы в эту пору еще существовали понятия воды и океанов. Позитроны и электроны в его мозге медленно двигались по спирали вычисления, и мало-помалу он осознал, что столь сильный дискомфорт был вызван вспышкой гравитационного излучения. Две черные дыры слились где-то вдалеке, создавая гигантский гравитационный потенциал. Черные дыры оставались одной из немногих опасностей для представителей его вида, поэтому Боб почувствовал облегчение от мысли о том, что это столкновение двух небесных объектов произошло очень и очень далеко.